本發(fā)明屬于光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃與冰洲石組合的偏振分束棱鏡。

背景技術(shù)：

隨著偏振光學(xué)的發(fā)展，尤其是偏振檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，偏振棱鏡一直是人們關(guān)注的對象，它是光路起偏、檢偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶體制作偏振棱鏡，但是天然的光學(xué)級冰洲石晶體資源日漸枯竭，尋找替代晶體或改進(jìn)設(shè)計(jì)降低單只棱鏡中冰洲石材料的消耗就成為研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過新的棱鏡設(shè)計(jì)，采用光學(xué)玻璃與冰洲石組合的方法，設(shè)計(jì)一種組合的45?分束棱鏡，降低冰洲石材料消耗，同時(shí)具備45?分束格蘭?湯普遜棱鏡的偏振功能，此外組合棱鏡反向使用時(shí)也具有偏振分束的功能。

h-qk3l玻璃是一種常見光學(xué)窗口材料，作為一種光學(xué)玻璃，具備尺寸大、價(jià)格低的特點(diǎn)，其光學(xué)透過范圍為290nm~2400nm，覆蓋冰洲石晶體棱鏡的透過范圍，本發(fā)明選用h-qk3l玻璃的關(guān)鍵技術(shù)是其折射率色散曲線與冰洲石晶體中非常光的主折射率色散曲線近乎完美的重合，如圖1所示；在與冰洲石組合時(shí)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使非常光近乎無折變的從冰洲石晶體進(jìn)入玻璃。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為等腰梯形棱鏡和直角棱鏡通過甲醇膠、光學(xué)光敏膠或樹脂膠膠合在一起，如圖2所示：所述的等腰梯形棱鏡材質(zhì)是冰洲石晶體，直角棱鏡材質(zhì)是h-qk3l玻璃；所述的h-qk3l玻璃為光學(xué)玻璃，h-qk3l為光學(xué)領(lǐng)域?qū)υ摬ＡУ墓J(rèn)編號；所述的冰洲石晶體為天然光學(xué)級冰洲石晶體；所述的等腰梯形棱鏡的通光面為梯形的底面和兩個(gè)腰面，直角棱鏡的通光面為一個(gè)直角面和一個(gè)斜面；所述的等腰梯形棱鏡和直角棱鏡，通光面間的結(jié)構(gòu)角s均相同，為67.5°；所述的冰洲石等腰梯形棱鏡中光軸的方向平行于梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面。

如圖2所示，自然光光束從棱鏡左側(cè)垂直入射，在冰洲石和玻璃（光膠的情況）或冰洲石和膠合劑（使用膠合劑的情況）界面上，尋常光發(fā)生全反射，垂直右上端面出射，非常光近乎無折變的入射玻璃或透過膠合劑后入射玻璃，最后近似水平從右側(cè)端面出射，兩偏振光束光線間夾角為45°。

現(xiàn)有的45?分束格蘭?湯普遜棱鏡結(jié)構(gòu)如圖3所示，由兩塊冰洲石晶體棱鏡組成；本發(fā)明設(shè)計(jì)的玻璃與冰洲石組合的45?分束棱鏡比同規(guī)格的現(xiàn)有的45?分束格蘭?湯普遜棱鏡減少37%的冰洲石材料使用量，同時(shí)h-qk3l玻璃價(jià)格遠(yuǎn)比冰洲石低廉，可以降低制造成本。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的玻璃與冰洲石組合的45?分束棱鏡，采用的h-qk3l玻璃透光范圍覆蓋冰洲石晶體棱鏡透光范圍，因此該組合棱鏡可以完全覆蓋冰洲石45?分束格蘭?湯普遜棱鏡的適用波長范圍。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的45?分束棱鏡中冰洲石等腰梯形棱鏡的光軸平行于等腰梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面，在冰洲石和玻璃或膠合劑的界面上，透射光束為振動方向在入射平面內(nèi)的p光，其透射率較圖3所示常規(guī)冰洲石的45?分束格蘭?湯普遜棱鏡大，相應(yīng)的反射率小，所以反射光光束的消光比要比圖3所示常規(guī)冰洲石的45?分束格蘭?湯普遜棱鏡高。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的玻璃與冰洲石組合的45?分束棱鏡在反向使用時(shí)也具有偏振分束的功能，如圖4所示，自然光光束從右側(cè)端面垂直入射：在組合棱鏡使用光膠的情況中，在玻璃和冰洲石界面上，光束從玻璃雙折射進(jìn)入冰洲石，根據(jù)折定律，因?yàn)椴Ａд凵渎逝c冰洲石非常光主折射率近似相等，非常光近似水平，而尋常光偏離水平方向，并在左側(cè)出射端面再次偏折后出射；在組合棱鏡使用膠合劑的情況中，光束從玻璃折射進(jìn)入膠合劑，之后在膠合劑和冰洲石界面上，光束從膠合劑雙折射進(jìn)入冰洲石，根據(jù)折定律，因?yàn)椴Ａд凵渎逝c冰洲石非常光主折射率近似相等，非常光折射方向近似為水平方向，而尋常光偏離水平方向，并在左側(cè)出射端面再次偏折后出射。

本發(fā)明的有益效果是：節(jié)省天然光學(xué)級冰洲石晶體資源，棱鏡制作成本低，光路分束功能與45?分束格蘭?湯普遜棱鏡相同，反射光束消光比比45?分束格蘭?湯普遜棱鏡高，可反向使用，反向使用時(shí)組合棱鏡具有偏振分束功能。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明采用的h-qk3l玻璃的折射率色散曲線與冰洲石非常光主折射率色散曲線圖，其中ng為h-qk3l玻璃的折射率，ne為冰洲石非常光的主折射率；

圖2為本發(fā)明的玻璃與冰洲石組合的45?分束棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖，其中雙向箭頭表示晶體光軸的方向；

圖3為現(xiàn)有的冰洲石45?分束格蘭?湯普遜棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖，其中圓點(diǎn)表示方向垂直于紙面；

圖4為本發(fā)明的玻璃與冰洲石組合的45?分束棱鏡反向使用光路結(jié)構(gòu)示意圖，其中雙向箭頭表示晶體光軸的方向。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：如圖2所示，組成偏振棱鏡的等腰梯形棱鏡的材質(zhì)是冰洲石晶體，直角棱鏡的材質(zhì)是h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面，兩棱鏡通光面之間通過光學(xué)光敏膠進(jìn)行膠合，通光面間的結(jié)構(gòu)角s為67.5?，取入射光波長為632.8nm，此時(shí)，光學(xué)光敏膠的折射率為1.5240，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，自然光光束從棱鏡左側(cè)垂直入射，在冰洲石和光敏膠界面上，根據(jù)折射定律，尋常光發(fā)生全反射，垂直右上端面出射，非常光透過膠合劑后入射玻璃，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，最后近似水平從右側(cè)端面出射，兩偏振光束光線間夾角為45°；將組合棱鏡反向使用，自然光光束從棱鏡右側(cè)垂直入射，在膠合劑/玻璃和冰洲石/膠合劑兩界面上，根據(jù)折射定律，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，非常光最后近似水平從左側(cè)端面出射，尋常光發(fā)生偏折，在左側(cè)端面上再次偏折后出射，兩光束夾角為19.2°。

實(shí)施例二：如圖2所示，組成偏振棱鏡的等腰梯形棱鏡的材質(zhì)是冰洲石晶體，直角棱鏡的材質(zhì)是h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面，兩棱鏡通光面之間通過冷杉樹脂膠進(jìn)行膠合，通光面間的結(jié)構(gòu)角s為67.5?，取入射光波長為632.8nm，此時(shí)，冷杉樹脂膠的折射率為1.52，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，自然光光束從棱鏡左側(cè)垂直入射，在冰洲石和樹脂膠界面上，根據(jù)折射定律，尋常光發(fā)生全反射，垂直右上端面出射，非常光透過膠合劑后入射玻璃，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，最后近似水平從右側(cè)端面出射，兩偏振光束光線間夾角為45°；將組合棱鏡反向使用，自然光光束從棱鏡右側(cè)垂直入射，在膠合劑/玻璃和冰洲石/膠合劑兩界面上，根據(jù)折射定律，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，非常光最后近似水平從左側(cè)端面出射，尋常光發(fā)生偏折，在左側(cè)端面上再次偏折后出射，兩光束夾角為19.2°。

實(shí)施例三：如圖2所示，組成偏振棱鏡的等腰梯形棱鏡的材質(zhì)是冰洲石晶體，直角棱鏡的材質(zhì)是h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面，兩棱鏡通光面之間通過甲醇膠進(jìn)行膠合，通光面間的結(jié)構(gòu)角s為67.5?，取入射光波長為632.8nm，此時(shí)，甲醇膠的折射率為1.519，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，自然光光束從棱鏡左側(cè)垂直入射，在冰洲石和甲醇膠界面上，根據(jù)折射定律，尋常光發(fā)生全反射，垂直右上端面出射，非常光透過膠合劑后入射玻璃，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，最后近似水平從右側(cè)端面出射，兩偏振光束光線間夾角為45°；將組合棱鏡反向使用，自然光光束從棱鏡右側(cè)垂直入射，在膠合劑/玻璃和冰洲石/膠合劑兩界面上，根據(jù)折射定律，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，非常光最后近似水平從左側(cè)端面出射，尋常光發(fā)生偏折，在左側(cè)端面上再次偏折后出射，兩光束夾角為19.2°。

實(shí)施例四：如圖2所示，組成偏振棱鏡的等腰梯形棱鏡的材質(zhì)是冰洲石晶體，直角棱鏡的材質(zhì)是h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于梯形的入射通光腰面，垂直于直角棱鏡的非通光直角面，兩棱鏡通光面之間光膠膠合，通光面間的結(jié)構(gòu)角s為67.5?，取入射光波長為632.8nm，此時(shí)，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，自然光光束從棱鏡左側(cè)垂直入射，在冰洲石和玻璃界面上，根據(jù)折射定律，尋常光發(fā)生全反射，垂直右上端面出射，非常光折射進(jìn)入玻璃，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，最后近似水平從右側(cè)端面出射，兩偏振光束光線間夾角為45°；將組合棱鏡反向使用，自然光光束從棱鏡右側(cè)垂直入射，在冰洲石和玻璃界面上，根據(jù)折射定律，發(fā)生雙折射，因冰洲石晶體的非常光主折射率與玻璃折射率近似相等，非常光最后近似水平從左側(cè)端面出射，尋常光發(fā)生偏折，在左側(cè)端面上再次偏折后出射，兩光束夾角為19.2°。